Processo de Fischer-Tropsch: diferenças entre revisões
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O '''processo de Fischer-Tropsch''' ('''FT''') é um processo químico para produção de [[hidrocarboneto]]s líquidos ([[gasolina]], [[querosene]], [[gasóleo]] e [[lubrificante]]s) a partir de [[gás de síntese]] ([[monóxido de carbono|CO]] e [[hidrogênio|H2]]). Foi inventado pelos alemães [[Franz Fischer]] e [[Hans Tropsch]] na [[década de 1920]].
=== Breve História ===
Desde a invenção do processo original de Franz Fischer e Hans Tropsch, que trabalhava no Instituto Kaiser Wilhelm, em 1920, muitos refinamentos e ajustes foram feitos. O termo "Fischer-Tropsch" agora se aplica a uma ampla variedade de processos semelhantes ("síntese Fischer-Tropsch" ou "química Fischer-Tropsch"). Fischer e Tropsch apresentaram certo número de patentes, como por exemplo, as patentes nos EUA de nº1.746.464, em 1926 e publicadas 1930. O produto da síntese era comercializado na Alemanha em 1936. Por ser um país pobre em petróleo, mas rico em reservas de carvão, a Alemanha usou o processo de Fischer-Tropsch durante a Segunda Guerra Mundial para produzir combustíveis substitutos (em alemão: "ersatz"). A produção FT representou 9% da produção de combustíveis estimada na guerra alemã e 25% do combustível do automóvel naquela época.
== Reações fundamentais ==
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de uma a várias dezenas de atmosferas. Mesmo as pressões mais elevadas seriam favoráveis, mas os benefícios não justificam os custos adicionais de equipamento de alta pressão. Uma variedade de composições de gás de síntese pode ser utilizada. Para catalisadores de base cobalto, a razão ideal de H<sub>2</sub>:CO é de cerca de 1,8:2,1. Catalisadores a base de ferro promovem a [[water-gas-shift|reação de deslocamento gás-água]] e, portanto, podem tolerar razões significativamente mais baixas. Esta reatividade pode ser importante para gases de síntese derivados de [[carvão]] ou [[biomassa]], que tendem a ter uma razão de H<sub>2</sub>:CO relativamente baixa (<1).
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O processo de Fischer-Tropsch pode ser realizado a baixas ou altas temperaturas. O processo FT a alta temperatura (abreviado por "HTFT" - '''High Temperatura Fischer-Tropsch''') é operado a temperaturas entre 330°C e 350°C e utiliza um catalisador à base de ferro. Este processo foi amplamente utilizado pela [[Sasol]] em suas usinas de [[coal-to-liquid]] ([[CTL]]). O processo de Fischer-Tropsch a baixa temperatura (ou LTFT) é operado a temperaturas mais baixas e usa um catalisador a base de cobalto. Este processo é mais conhecido por ser usado na primeira planta integrada gas-to-liquid (GTL) e construiu usina operada pela [[Shell]] em [[Bintulu]], [[Malásia]].
=== A Distribuição dos Produtos ===
A distribuição geral de [[peso molecular|pesos moleculares]] nos produtos formados durante o processo Fischer-Tropsch pode ser predita aproximadamente pelo modelo de [[Anderson-Schulz-Flory]]:
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onde ''W<sub>n</sub>'' é a fração em peso de moléculas de hidrocarbonetos contendo "n" átomos de carbono e ''a'' é a probabilidade de crescimento da cadeia ou a probabilidade de que uma molécula deve continuar reagindo para formar uma cadeia mais longa. Em geral, o valor de ''a'' é determinado pelo [[catalisador]] e as condições específicas do processo (temperatura, pressão e composição do gás). O exame da equação acima revela que o [[metano]] será sempre o maior produto único, porém, aumentando ''a'' próximo a um, a quantidade total de metano formado pode ser minimizada em comparação com a soma de todos os diferentes produtos de cadeia longa. Aumentar ''a'' significa aumentar a formação de hidrocarbonetos de cadeia longa. Os hidrocarbonetos de cadeia muito longa são [[ceras]] que são sólidas a temperatura ambiente. Portanto, para a produção de combustíveis líquidos para transporte, pode ser necessário craquear alguns dos produtos Fischer-Tropsch. Para evitar isso, alguns pesquisadores têm proposto o uso de [[zeólita]]s ou outros [[substrato]]s com poros de tamanho fixo que podem limitar a formação de hidrocarbonetos mais do que alguma dimensão característica (geralmente n<10).Dessa forma, eles podem conduzir a reação de forma a minimizar a formação de metano sem a produção de lotes de hidrocarbonetos de cadeia longa. Tais esforços têm tido um sucesso limitado. (Projeto Sênior, HOLLA)
=== Os Produtos FT ===
O produto obtido à saída de um reator de Fischer-Tropsch consiste em uma mistura de [[hidrocarbonetos]] com uma distribuição muito ampla de pesos moleculares, que vão desde os gases até às ceras passando pela [[gasolina]], o [[querosene]] e o [[gasóleo]]. A natureza e proporção dos produtos depende do tipo de reator e de catalisador. Em geral os processos que operam a alta temperatura produzem uma maioria de gasolinas olefínicas enquanto que os de baixa temperatura dão sobretudo gasóleos parafínicos. Sempre é necessária uma etapa ulterior de [[hidrotratamento]] para que os produtos alcancem a qualidade exigida pelo mercado.
=== Reatores Utilizados ===
Ao longo da história se tem utilizado quatro tipos principais de [[reator químico|reatores]] industriais para desenvolver as reações '''FT''':
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* Reator "slurry", em que o catalisador se encontra em suspensão em um líquido (normalmente ceras produzidas pela própria reação) no qual se borbulha o gás de síntese. Normalmente estes reatores trabalham a baixa temperatura para produzir o máximo de produtos de alto peso molecular.
=== Catalisadores FT ===
Uma variedade de catalisadores pode ser usada para o processo Fischer-Tropsch, mas os mais comuns são os [[metais de transição]], como [[cobalto]], [[ferro]] e [[rutênio]]. O [[níquel]] também pode ser usado, mas tende a favorecer a formação de metano ("[[metanação]]"). Catalisadores a base de cobalto são muito ativos, embora o ferro pode ser mais apropriado para gases de síntese com baixo teor de hidrogênio, tais como os derivados de carvão, devido à sua promoção da reação de deslocamento gás-água. Além do metal ativo os catalisadores contêm tipicamente um número de "promotores", incluindo [[potássio]] e [[cobre]]. O Grupo 1 de [[metais alcalinos]], incluindo potássio, são um veneno para os catalisadores de cobalto, mas são promotores de catalisadores de ferro. Catalisadores são suportados em arquivos de alta área de superfície/suporte, tais como sílica, alumina ou zeólitas [4]. Catalisadores de cobalto são mais ativos para a síntese de Fischer-Tropsch, quando a matéria-prima é o gás natural.
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